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    泡沫陶瓷材料
    2020-02-27 16:48:21
    泡沫陶瓷材料 
     
    泡沫陶瓷是一種造型上象泡沫狀的多孔陶瓷,它是繼普通多孔陶瓷、蜂窩多孔陶瓷之后,最近發展起來的第三代多孔陶瓷產品。這種高技術陶瓷具有三維連通孔道,同時對其形狀、孔尺寸、滲透性、表面積及化學性能均可進行適度調整變化,制品就像是"被鋼化了的泡沫塑料"或"被瓷化了的海綿體"。作為一種新型的無機非金屬過濾材料,泡沫陶瓷具有重量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕、再生簡單、使用壽命長及良好的過濾吸附性能等優點。與傳統的過濾器如陶瓷顆粒燒結體,玻璃纖維布相比,不僅操作簡單,節約能源,成本低,而且過濾效果較好。泡沫陶瓷可以廣泛地應用于冶金、化工、輕工、食品、環保、節能等領域。目前泡沫陶瓷的主要用途是:

    1)熔融金屬過濾用泡沫陶瓷; 
    2)多孔介質燃燒器用泡沫陶瓷; 
    3)高溫煙氣處理用泡沫陶瓷; 
    4)中高溫固體氧化物燃料電池電解質系。 
    制備泡沫陶瓷一般以有機泡沫為骨架,浸漿后干燥,然后高溫燒成,在燒成過程中,有機物燃燒揮發,留下網絡結構的陶瓷體。這種工藝始于1963年。在70年代初歐美國家就已積極開展該工藝的研究,并研制出可過濾大多數有色金屬和合金鑄件的多種材質的泡沫陶瓷過濾器。這些國家目前已有先進的成型、燒成設備和完善的生產工藝制度,可以實現大規模連續化生產。大部分的陶瓷材料均可被制造成泡沫陶瓷,但目前成功應用于高溫作業的主要是氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯和碳化硅。下表給出了各種合金適用的網眼陶瓷過濾器材料。 
    從表中可知,盡管目前過濾器材料種類不少,但絕大部分是用于有色或高溫合金的,而在鋼水連鑄生產中取得成功的較少,其主要原因是: 
    1)鋼水溫度較高,澆注時間較長,對過濾器的沖刷和浸蝕較嚴重; 
    2)過濾器的比表面積有限,難以滿足鋼水連續過濾的要求; 
    3)陶瓷過濾器制造工藝較復雜,生產成本較高。 
    由于氧化鋁和電熔莫來石過濾器的耐熱沖擊性和高溫強度均不高,不能用于較大的鑄件。氧化鋁-氧化鋯質和高純部分穩定的氧化鋯多孔陶瓷過濾片的耐熱沖擊性和高溫強度比氧化鋁和電熔莫來石過濾片高,但僅限于80kg以內的鑄件,仍不能滿足大規模較大鋼鑄件的澆鑄。而碳化硅陶瓷具有化學性質穩定、耐腐蝕、耐高溫、抗熱沖擊、抗沖刷等優異特性,是一種重要的高溫結構材料,更是一種高溫陶瓷過濾器的候選材料。碳化硅陶瓷過濾器可以經受100kg以上的金屬液沖擊,是一種可望在鋼連鑄上獲得廣泛應用的過濾器材料。 
    時至今日,泡沫陶瓷在冶金鑄造工業已獲得廣泛應用,美、日、德等國已實現陶瓷過濾片產品產業化、系列化。德國FOSECO公司的一個泡沫陶瓷工廠就達到了1億片的生產規模,并已將這種材料成功用于各種有色金屬及黑色金屬的過濾凈化技術。這些國家的使用表明,運用泡沫陶瓷過濾技術可使鑄件夾雜物含量大幅降低、合格率大幅度提高(可提高50%),可提高鑄件的機械性能、延長金屬切削加工刀具壽命。國外統計資料:某廠生產鑄鋼件在沒有使用泡沫陶瓷過濾器時,每500磅鑄件的廢品與返修費用為96美元,而使用泡沫陶瓷過濾器后,這筆費用降低至57.94美元(其中包括陶瓷過濾器費用成本);據估計,目前在全世界范圍內每片尺寸為50cm3的金屬液泡沫陶瓷過濾片每年銷售量近10億片(每片價格為1~10馬克)。 
    在國內,由于受經濟技術條件的制約,泡沫陶瓷過濾技術在冶金鑄造工業方面的應用才剛剛起步。隨著對金屬制品純度、性能等要求的提高,泡沫陶瓷過濾技術及其產品的應用日益重要。例如,國內列車的大幅提速對車輛關鍵零部件夾雜物含量以及性能提出了越來越高的要求。據統計,僅鐵道部的客車、貨車車輛部件彈簧、窯枕、側架、承載鞍等鋼鑄件澆鑄過濾,每年對碳化硅泡沫陶瓷過濾器的需求就超過數千萬片。近年來,隨著國外汽車制造商進入中國,精密鑄造業獲得高速發展,碳化硅泡沫陶瓷過濾器的應用也獲得高速發展。據海關統計,去年僅天津港進口量近兩千萬片。而目前我國由于熔融金屬陶瓷過濾器產品質量不穩定,而且尚處于作坊式的小批量生產,遠不能滿足這個需求,基本上是依靠進口來解決。 
    2001年12月,貴州新材料礦業發展有限公司與清華大學、中國科學院上海硅酸鹽研究所等單位聯合承擔了國家"十五"863計劃《耐高溫、高強、耐磨損、耐腐蝕陶瓷部件的關鍵制備技術》重大專項。貴州新材料礦業發展有限公司承擔其中"碳化硅泡沫陶瓷熔融金屬過濾器"的研究開發和產業化生產建設,在"十五"后期建成年產2000萬片、產值1~1.5億的碳化硅基泡沫陶瓷過濾片中試生產線。再用2~3年的時間建成年產上億片,產值5~7億。到那時,貴州新材料礦業發展有限公司將會成為生產規模與國外跨國公司相當的專業化企業。

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